双欧拉角用于飞控问题
2022-03-15 19:25阅读:
假设导航坐标系为“东E/北N/天U”、载体坐标系为“右x/前y/上z”,常用的飞机姿态角转动顺序表示为方位-俯仰-横滚。众所周知,在俯仰接近+-90°时,会出现奇异(方位和横滚无法分开),有文献采用双欧拉角表示(可参考“赵仁杰,胡柏青,吕旭,田佳玉.基于双欧拉角的UKF
组合导航滤波算法[J].系统工程与电子技术,2021,43(07):1912-1920.”介绍比较清楚)。
上述常规飞机姿态角即为正欧拉角,方位角是机头y轴与北向夹角、俯仰角是机头y轴与水平面夹角、横滚是z轴与y轴所在铅垂面的夹角。
反欧拉角的含义为:方位角是机右翼x轴与东向夹角、俯仰角是机右翼x轴与水平面夹角、横滚是z轴与x轴所在铅垂面的夹角。
当正欧拉角的机头y轴接近+-90°时,机右翼x轴肯定在水平面附近;而当反欧拉角的机右翼x轴接近+-90°时,机头y轴肯定在水平面附近。因此,正/反欧拉角不可能同时出现奇异情况。
有人想用正反欧拉角解决飞控中机头朝+-90°的控制问题,这问题的根源不在于欧拉角的表示问题(不是导航领域问题,无解),而是要从飞控设计方面解决正反欧拉角如何解释,应当从飞控的控制率入手才合适彻底解决该问题,搞清楚三个角度的含义,怎么适合用于控制。
换脑筋换思路的应该是飞控设计者!用正反欧拉角表示也许也不合适,两套角度之间切换会产生不连续突跳(名称相同还容易引起误解费解),不利于平滑控制,做得好的飞控系统甚至直接用四元数都可以直接用于飞控,不应为难做导航的!